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Mechanistic investigation on Ag-Cu_(2)O in electrocatalytic CO_(2) to CH_(4) by in situ/operando spectroscopic and theoretical analysis
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作者 Min Sun Luxiao Zhang +10 位作者 Fuli Tian Jiaxin Li Yanqiu Lei Heng Zhang Lifeng Han Zhihua Guo Yonghui Gao Fenrong Liu Yan Wang Luhui Wang Shanghong Zeng 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期521-531,I0012,共12页
Silver-copper electrocatalysts have demonstrated effectively catalytic performance in electroreduction CO_(2) toward CH_(4),yet a revealing insight into the reaction pathway and mechanism has remained elusive.Herein,w... Silver-copper electrocatalysts have demonstrated effectively catalytic performance in electroreduction CO_(2) toward CH_(4),yet a revealing insight into the reaction pathway and mechanism has remained elusive.Herein,we construct chemically bonded Ag-Cu_(2)O boundaries,in which the complete reduction of Cu_(2)O to Cu has been strongly impeded owing to the presence of surface Ag shell.The interfacial confinement effect helps to maintain Cu^(+)sites at the Ag-Cu_(2)O boundaries.Using in situ/operando spectroscopy and theoretical simulations,it is revealed that CO_(2) is enriched at the Ag-Cu_(2)O boundaries due to the enhanced physisorption and chemisorption to CO_(2),activating CO_(2) to form the stable intermediate^(*)CO.The boundaries between Ag shell and the Cu_(2)O mediate local^(*)CO coverage and promote^(*)CHO intermediate formation,consequently facilitating CO_(2)-to-CH_(4) conversion.This work not only reveals the structure-activity relationships but also offers insights into the reaction mechanism on Ag-Cu catalysts for efficient electrocatalytic CO_(2) reduction. 展开更多
关键词 Ag shell Interfacial confinement effect Cu~+ Local*co coverage co_(2)reduction
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Activation of Transition Metal(Fe,Co and Ni)-Oxide Nanoclusters by Nitrogen Defects in Carbon Nanotube for Selective CO_(2) Reduction Reaction 被引量:1
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作者 Yi Cheng Jinfan Chen +7 位作者 Chujie Yang Huiping Wang Bernt Johannessen Lars Thomsen Martin Saunders Jianping Xiao Shize Yang San Ping Jiang 《Energy & Environmental Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期253-263,共11页
The electrochemical carbon dioxide reduction reaction(CO_(2)RR),which can produce value-added chemical feedstocks,is a proton-coupled-electron process with sluggish kinetics.Thus,highly efficient,cheap catalysts are u... The electrochemical carbon dioxide reduction reaction(CO_(2)RR),which can produce value-added chemical feedstocks,is a proton-coupled-electron process with sluggish kinetics.Thus,highly efficient,cheap catalysts are urgently required.Transition metal oxides such as CoO_(x),FeO_(x),and NiO_(x)are low-cost,low toxicity,and abundant materials for a wide range of electrochemical reactions,but are almost inert for CO_(2)RR.Here,we report for the first time that nitrogen doped carbon nanotubes(N-CNT)have a surprising activation effect on the activity and selectivity of transition metal-oxide(MO_(x)where M=Fe,Ni,and Co)nanoclusters for CO_(2)RR.MO_(x)supported on N-CNT,MO_(x)/N-CNT,achieves a CO yield of 2.6–2.8 mmol cm−2 min−1 at an overpotential of−0.55 V,which is two orders of magnitude higher than MO_(x)supported on acid treated CNTs(MO_(x)/O-CNT)and four times higher than pristine N-CNT.The faraday efficiency for electrochemical CO_(2)-to-CO conversion is as high as 90.3%at overpotential of 0.44 V.Both in-situ XAS measurements and DFT calculations disclose that MO_(x)nanoclusters can be hydrated in CO_(2)saturated KHCO_(3),and the N defects of N-CNT effectively stabilize these metal hydroxyl species under carbon dioxide reduction reaction conditions,which can split the water molecules and provide local protons to inhibit the poisoning of active sites under carbon dioxide reduction reaction conditions. 展开更多
关键词 activation effect electrochemical co_(2)reduction reaction N defect proton-coupled electron transfer process transition metal oxide nanocluster
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Synergetic enhancement of selectivity for electroreduction of CO_(2)to C_(2)H_(4)by crystal facet engineering and tandem catalysis over silver-incorporated-cuprous oxides
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作者 Gang Dong Chuang Xue +3 位作者 Meng Li Tiantian Zhang Dongsheng Geng Li-Min Liu 《Materials Reports(Energy)》 2023年第2期164-172,I0004,共10页
Electrochemical CO_(2)reduction to C_(2)H_(4)can provide a sustainable route to reduce globally accelerating CO_(2)emissions and produce energy-rich chemical feedstocks.However,the poor selectivity in C_(2)H_(4)electr... Electrochemical CO_(2)reduction to C_(2)H_(4)can provide a sustainable route to reduce globally accelerating CO_(2)emissions and produce energy-rich chemical feedstocks.However,the poor selectivity in C_(2)H_(4)electrosynthesis limits its implementation in industrially interesting processes.Herein,we report a composite structured catalyst composed of Ag and Cu_(2)O with different crystal faces to achieve highly efficient reduction of CO_(2)to C_(2)H_(4).The catalyst composed of Ag and octahedral Cu_(2)O enclosed with(111)facet exhibits the best CO_(2)electroreduction performance,with the Faradaic efficiency(FE)and partial current density reaching 66.8%and 17.8 mA cm2 for C_(2)H_(4)product at-1.2 VRHE in 0.5 M KHCO_(3),respectively.Physical characterization and electrochemical test analysis indicate that the high selectivity for C_(2)H_(4)product stems from the synergistic effect of crystal faces control engineering and tandem catalysis.Specifically,Ag can provide optimal availability of CO intermediate by suppressing hydrogen evolution;subsequently,C-C coupling is promoted on the intimate surface of Cu_(2)O with facetdependent selectivity.The insights gained from this work may be beneficial for designing efficient multicomponent catalysts for improving the selectivity of electrochemical CO_(2)reduction reaction to generate C2þproducts. 展开更多
关键词 Cu_(2)O/Ag tandem catalysts Facet-dependent selectivity co_(2)reduction reaction C_(2)H_(4) ELECTROCATALYSIS Synergistic effect
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液态CO_(2)-水循环作用下煤体的物理改性规律及增润减尘效应
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作者 王和堂 王辉 +3 位作者 谭江龙 王豪杰 杨景皓 何军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1463-1474,共12页
煤层注水是预防煤矿粉尘危害的主动性、治本性措施,也是防治瓦斯突出、冲击地压等灾害的重要手段之一。但我国大量煤层具有高地应力、低孔隙率、低渗透性的特点,传统方法和技术面临水注入难、注水周期长、煤体假性润湿等瓶颈。为此,利... 煤层注水是预防煤矿粉尘危害的主动性、治本性措施,也是防治瓦斯突出、冲击地压等灾害的重要手段之一。但我国大量煤层具有高地应力、低孔隙率、低渗透性的特点,传统方法和技术面临水注入难、注水周期长、煤体假性润湿等瓶颈。为此,利用液态CO_(2)具有的低温冷冻、高渗透性、相变自增压、酸化解堵等优异特性,提出液态CO_(2)-水循环作用致裂增润煤体的新思路,研制了液态CO_(2)循环冷浸试验系统,联合低场核磁共振仪研究了液态CO_(2)-水循环作用对煤孔隙结构的影响规律,联用电液伺服压力实验机探究了循环作用对煤体力学特性的改变机理,运用截齿破碎煤岩产尘试验系统研究了循环作用后煤体破碎过程的产尘特性。结果表明:液态CO_(2)-水循环作用使煤体有效孔隙度(φ_(NF))增加,增幅与循环作用次数呈正相关,煤体内部束缚流体变少,自由流体增多,T2截止值(T_(2cutoff))随之降低,结合分形理论发现基于渗流孔隙的分形维数Ds具有明显的分形特征,煤体原生孔隙经历了“扩容”的过程,微裂隙与原始裂隙形成贯通,循环作用增强了有效渗流通道连通性,优化了煤的孔隙网络与渗流条件。随着循环次数的增加,煤的最大应力σ_(c)呈指数衰减至4.93 MPa,应变ε_(c)线性增加至2.29×10^(-2),煤的抗压强度减弱,变形能力增加,循环作用改变了煤基质间联结状态,产生的冻胀力对煤体施加挤压作用加剧了裂隙的扩展,脆性指数B5最大降幅为34.71%,显著减弱了煤体脆性,具有了更好的抗动载荷或冲击能力;煤体对外加能量的存储能力弱化,改变了煤在截割过程中的破坏形式,试验条件下煤体破碎过程全尘产尘率降低了74%,呼吸性粉尘占比下降至2%,大幅减弱了粉尘危害性。 展开更多
关键词 液态co_(2)-水 循环作用 孔隙结构 力学特性 物理改性 减尘效应
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菌藻共生系统污水处理及CO_(2)固定作用机制的研究进展
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作者 安浩 吴鑫明 +2 位作者 操家顺 李超 刘伟京 《净水技术》 CAS 2024年第3期39-46,共8页
目前水生态环境污染严重,现有水处理工艺存在能耗高、温室气体排放等问题。菌藻共生技术是一种能同步处理污水和固定CO_(2)的绿色处理技术。文章综述了菌藻共生体系提高减污固碳效率的作用效能及作用机制,详细阐述了菌藻共生体系降解氮... 目前水生态环境污染严重,现有水处理工艺存在能耗高、温室气体排放等问题。菌藻共生技术是一种能同步处理污水和固定CO_(2)的绿色处理技术。文章综述了菌藻共生体系提高减污固碳效率的作用效能及作用机制,详细阐述了菌藻共生体系降解氮磷污染物及固定CO_(2)的作用机理:微藻通过同化作用实现对氮磷的吸收,并通过光合自养、异养、兼养3种固碳过程实现CO_(2)的固定;细菌通过硝化作用和反硝化作用脱氮,利用聚磷菌强化除磷,通过促进碳酸酐酶的产生来提高藻细胞的固碳效率。总结了菌藻共生体系实际应用中的现存问题,并对未来的研究方向进行了展望,为今后菌藻共生体系的进一步应用提供了理论支持。 展开更多
关键词 菌藻共生 污水处理 co_(2) 固定 作用机制 减污降碳
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Ag/CN/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结等离子体光催化剂的制备及其增强光还原CO_(2)研究
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作者 张怡宁 高明 +2 位作者 陈松涛 王会琴 霍鹏伟 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期122-134,共13页
S型异质结在电子的激发和输运方面具有优异的表现。本研究采用光沉积和水热法制备了Ag/CN/ZnIn_(2)S(ACZ)S型异质结复合光催化剂,其中,ACZ-60的CO和CH_(4)产率最高,分别为5.63μmol·g^(-1)和0.23μmol·g^(-1),是CN的6.5倍和2.... S型异质结在电子的激发和输运方面具有优异的表现。本研究采用光沉积和水热法制备了Ag/CN/ZnIn_(2)S(ACZ)S型异质结复合光催化剂,其中,ACZ-60的CO和CH_(4)产率最高,分别为5.63μmol·g^(-1)和0.23μmol·g^(-1),是CN的6.5倍和2.1倍。通过电子自旋共振(ESR)和紫外光电子能谱(UPS)的表征分析,得出ACZ遵循S型电子转移路径的结论,进一步通过光电化学和PL测试证明S型异质结的形成改善了原本单体催化剂电子空穴复合率高的问题,同时也增强了光吸收。另一方面,沉积在CN表面的Ag NPs既作为反应活性位点,又具有等离子效应,进一步增强了对可见光的吸收性能,有效提升了电子传递效率,同时为反应提供了更多的热电子。此外,通过原位红外解释了光催化还原CO_(2)可能的反应路径。本研究为设计具有等离子体效应的S型异质结光催化剂提供了新思路。 展开更多
关键词 S型异质结 ZnIn_(2)S_(4) Ag NPs 光催化co_(2)还原 等离子体效应
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Advances in Sn-Based Catalysts for Electrochemical CO_(2) Reduction 被引量:3
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作者 Shulin Zhao Sheng Li +4 位作者 Tao Guo Shuaishuai Zhang Jing Wang Yuping Wu Yuhui Chen 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第4期114-132,共19页
The increasing concentration of CO2 in the atmosphere has led to the greenhouse effect,which greatly affects the climate and the ecological balance of nature.Therefore,converting CO2 into renewable fuels via clean and... The increasing concentration of CO2 in the atmosphere has led to the greenhouse effect,which greatly affects the climate and the ecological balance of nature.Therefore,converting CO2 into renewable fuels via clean and economical chemical processes has become a great concern for scientists.Electrocatalytic CO2 conversion is a prospective path toward carbon cycling.Among the different electrocatalysts,Sn-based electrocatalysts have been demonstrated as promising catalysts for CO2 electroreduction,producing formate and CO,which are important industrial chemicals.In this review,various Sn-based electrocatalysts are comprehensively summarized in terms of synthesis,catalytic performance,and reaction mechanisms for CO2 electroreduction.Finally,we concisely discuss the current challenges and opportunities of Sn-based electrocatalysts. 展开更多
关键词 Greenhouse effect co_(2) ELECTROCHEMICAL reduction Sn-based ELECTROCATALYSTS
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社区公园绿地空间形态对PM_(2.5)与CO_(2)的消减影响
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作者 马西娜 王梦媱 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2023年第4期179-190,共12页
“双碳”目标影响下,公园绿地成为城市生态调控的重要要素之一,其中社区公园绿地对人居空间的“减污降碳,循环发展”有着重要影响。通过海量社区公园的数据筛选,提取绿地空间平面形态、三维形态以及景观格局等方面的6个典型指标,对PM_(2... “双碳”目标影响下,公园绿地成为城市生态调控的重要要素之一,其中社区公园绿地对人居空间的“减污降碳,循环发展”有着重要影响。通过海量社区公园的数据筛选,提取绿地空间平面形态、三维形态以及景观格局等方面的6个典型指标,对PM_(2.5)消减量及CO_(2)消减量进行实测研究,分析社区公园绿地微气候环境的形成与维持机制,探讨绿地空间格局对PM_(2.5)与CO_(2)的消减影响。结果表明:不同空间形态绿地指标中,绿地斑块面积、斑块周长以及面积加权形状指数与PM_(2.5)消减量及CO_(2)消减量呈显著正相关;社区公园绿地斑块面积在1×10^(4)~6×10^(4)m^(2)之间时,斑块面积消减作用显著,而斑块面积在6×10^(4)~16×10^(4)m^(2)之间时,消减作用减弱;不同规模社区公园绿地对于PM_(2.5)及CO_(2)的消减边界距离均与斑块面积呈正相关,斑块面积在1×10^(4)~2×10^(4)m^(2)之间时,PM_(2.5)最大消减边界在301~303 m之间,CO_(2)最大消减边界在320~381 m之间;斑块面积在3×10^(4)~6×10^(4)m^(2)之间时,PM_(2.5)最大消减边界在474~490 m之间,CO 2最大消减边界在470~480 m之间;斑块面积为10×10^(4)m^(2)及近20×10^(4)m^(2)时,PM_(2.5)消减边界距离分别为560 m及729 m,CO 2消减边界距离分别为462 m及803 m;PM_(2.5)与CO_(2)的消减作用呈现出正向协同性,尤其随着斑块面积的增加,协同效应更加显著;研究成果从城市设计的角度进一步完善城市多尺度空间的绿地景观格局理论,为城市绿地规划的可持续建设提供数据支撑。 展开更多
关键词 社区公园绿地 空间格局 PM_(2.5) co_(2) 消减作用
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ZnIn_(2)S_(4)/MOF-808微球结构S型异质结光催化剂的制备及其光还原CO_(2)性能研究
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作者 宋明明 宋相海 +2 位作者 刘鑫 周伟强 霍鹏伟 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期180-192,共13页
近年来,能源过度消耗导致的温室效应引起人们广泛关注.通过不同半导体材料间能带交错排列构建异质结,用于将CO_(2)转化为高附加值产品是解决该问题的可行方法之一.其中, S型异质结的还原型光催化剂与氧化型光催化剂具有交错带结构,使各... 近年来,能源过度消耗导致的温室效应引起人们广泛关注.通过不同半导体材料间能带交错排列构建异质结,用于将CO_(2)转化为高附加值产品是解决该问题的可行方法之一.其中, S型异质结的还原型光催化剂与氧化型光催化剂具有交错带结构,使各自存在的弱空穴与弱电子复合,极大提高光生载流子的透过率和电荷利用率,有效实现强电子-空穴对分离.在半导体中,ZnIn_(2)S_(4)由于能带结构适当、可见光响应范围广和化学性质稳定等优点,在CO_(2)减排领域表现出较好的性能.但其光吸收能力低、光生载流子分离效率低和光生电子的迁移过程缓慢,这些缺点导致单一ZnIn_(2)S_(4)在光催化领域的应用受限.在S前半导体研究中,MOF-808制备方法简单、比表面积大以及框架结构稳定,是一种理想的催化材料.因此,本文利用MOF-808与ZnIn_(2)S_(4)偶联形成合适的交错带结构,构建S型异质结以提高光催化CO_(2)还原活性.本文采用原位合成法设计由三维花球ZnIn_(2)S_(4)和八面体MOF-808组成的阶跃式异质结(S型异质结).通过调控反应温度与时间设计不同尺寸的ZnIn_(2)S_(4)微球,并探索制备条件对光催化CO_(2)还原活性的影响.结果表明,当ZnIn_(2)S_(4)微球直径为6μm时,与MOF-808偶联所构建的复合光催化剂的CO_(2)还原活性最高.并且通过调控MOF-808比例,制备的S型异质结ZM6-15%光催化剂的CO产率在辐照4 h后达到8.21μmol g^(-1)h^(-1),分为别MOF-808 (1.03μmol g^(-1)h^(-1))和ZnIn_(2)S_(4)(0.84μmol g-1h-1)的8倍和10倍左右,明显提高了光催化CO_(2)还原性能.X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和X射线光电子能谱(XPS)等研究结果表明,ZnIn_(2)S_(4)微球表面被MOF-808八面体粘附,这种紧密粘附的结构有利于ZnIn_(2)S_(4)与MOF-808之间载流子的转移和分离,从而提高光催化CO_(2)的还原效果.此外,电子顺磁共振和紫外光电子能谱等测试结果表明ZnIn_(2)S_(4)中存在弱空穴,MOF-808中存在弱电子.在光照下,光生电子通过界面接触快速从MOF-808导带中迁移到ZnIn_(2)S_(4)价带中并被消耗,为光生电子提供快速传输途径,提高了电子利用率.最终,MOF-808中存在光生空穴具有最高的氧化能力,ZnIn_(2)S_(4)中存在光生电子具有最高的还原能力.原位XPS测试与密度泛函理论计算结果进一步证明了ZnIn_(2)S_(4)与MOF-808之间的S型电荷转移机制.原位红外技术分析结果表明,S型异质结ZnIn_(2)S_(4)/MOF-808光催化剂通过Carbene途径将CO_(2)光催化还原为CO (CO—→CO_(2)*→COOH*→CO*→CO).综上,本文为合理设计S型异质结光催化剂,以实现高效光催化CO_(2)还原活性提供了新思路. 展开更多
关键词 S型异质结 形态作用 光催化co_(2)还原 光生电子与空穴 电荷转移机制
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电催化CO_(2)还原立方体Cu_(2)O催化剂的制备及其在大面积膜电极反应器中的应用
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作者 刘朝龙 罗希 +2 位作者 张杨 徐能能 徐开兵 《上海大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期991-1002,F0002,共13页
电化学二氧化碳还原反应(carbon dioxide reduction reaction,CO_(2)RR)产乙烯目前已成为电催化CO_(2)RR领域的研究重点和热点.通过简单的化学沉淀耦合化学还原保护法成功获得了富含(111)晶面的立方体结构Cu_(2)O催化剂,系统研究了其在... 电化学二氧化碳还原反应(carbon dioxide reduction reaction,CO_(2)RR)产乙烯目前已成为电催化CO_(2)RR领域的研究重点和热点.通过简单的化学沉淀耦合化学还原保护法成功获得了富含(111)晶面的立方体结构Cu_(2)O催化剂,系统研究了其在H型反应器以及零间距膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)反应器中的电化学性能.结果表明.富含(111)晶面的立方体结构Cu_(2)O催化剂表现出了优异的产乙烯活性;相比于H型反应器,零间距MEA反应器进行CO_(2)RR时的最佳法拉第效率(Faradaic efficiency,FE)提升了13.94%,总电流密度也基本可以满足工业化的需求(>200 mA/cm^(2));设计并组装的大面积(25 cm^(2))零间距MEA反应器在CO_(2)RR中表现出了优异的催化性能,且在槽压大于2.9 V时表现出了独特的“面积效应”.“面积效应”的出现表明零极距MEA反应器在有效面积放大时,除电极面积、电解质浓度、CO_(2)流速等关键因素的调控外,极板的流道设计、导电性优化等均可能会影响催化反应的电流密度. 展开更多
关键词 电化学二氧化碳还原反应 Cu_(2)O催化剂 (111)晶面 零间距膜电极组件反应器 面积效应
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基于时间序列的国际CO_(2)减排效果评价方法
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作者 宋文健 赵夏斐 索海翔 《工业加热》 CAS 2023年第9期64-68,共5页
企业为响应国家CO_(2)减排政策,在积极寻求碳达峰,碳中和路径的过程中,了解国际CO_(2)减排效果是十分必要的。在此背景下,研究一种基于时间序列的国际CO_(2)减排效果评价方法。在完成一轮评价指标选取的基础上,利用DEMATEL方法计算评价... 企业为响应国家CO_(2)减排政策,在积极寻求碳达峰,碳中和路径的过程中,了解国际CO_(2)减排效果是十分必要的。在此背景下,研究一种基于时间序列的国际CO_(2)减排效果评价方法。在完成一轮评价指标选取的基础上,利用DEMATEL方法计算评价指标的中心度和净影响程度,以此实现第二轮指标选取。利用改进熵权法计算指标权重。按照时间顺序,选取指标数值并组成指标时间序列,以此为输入并结合权重,基于时间序列构建评价模型,得出国际CO_(2)减排效果评价值,对比划分等级,得出CO_(2)减排程度。结果表明:3个地区的CO_(2)减排效果在初期差别并不大,之后评估值均呈现上升的状态。其中地区1的减排效果一直处在领先状态,从减排效果很差上升到了减排效果好的程度。地区2的减排效果评估值在前4年要大于地区2的减排效果评估值,在第4年开始评估值增幅减缓,直至第5年落后于地区3,最终减排效果只达到一般,而地区3的减排效果在第5年时达到较好程度,甚至接近了最高状态。 展开更多
关键词 时间序列 co_(2)减排 指标选取 指标权重 效果评价方法
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高值化CO_(2)利用现状及减碳效果分析
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作者 侯震寰 《上海节能》 2023年第8期1144-1148,共5页
通过资源利用化的方式将CO_(2)转化为具有工业利用价值的产品,是实现碳中和目标的主要方式之一,结合上海“双碳”工作前景以及节能减排目标的实施,基于燃煤电厂CO_(2)捕集、利用商业模式和推广政策研究,通过对CO_(2)材料利用的现状进行... 通过资源利用化的方式将CO_(2)转化为具有工业利用价值的产品,是实现碳中和目标的主要方式之一,结合上海“双碳”工作前景以及节能减排目标的实施,基于燃煤电厂CO_(2)捕集、利用商业模式和推广政策研究,通过对CO_(2)材料利用的现状进行评述,分析项目的经济效益和减碳效果,对高值化CO_(2)利用项目提供策略建议,有利于实现燃煤火电厂CO_(2)的减排和资源化利用,为上海碳中和专项工作提供支撑。 展开更多
关键词 碳中和 高值化co_(2)利用 减碳效果
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CuZr纳米颗粒对CO_(2)加氢合成甲醇的催化性能研究 被引量:1
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作者 李慧 范晋平 申艳阳 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2022年第4期622-627,共6页
CO_(2)电催化还原加氢合成甲醇是减缓CO_(2)温室效应和燃料再生的重要方式之一。采用密度泛函理论计算方法,对CuZr纳米颗粒上CO_(2)加氢合成甲醇的催化性能进行了研究。对反应物、中间物和产物在颗粒表面上的吸附能,及在反应路径“RWGS+... CO_(2)电催化还原加氢合成甲醇是减缓CO_(2)温室效应和燃料再生的重要方式之一。采用密度泛函理论计算方法,对CuZr纳米颗粒上CO_(2)加氢合成甲醇的催化性能进行了研究。对反应物、中间物和产物在颗粒表面上的吸附能,及在反应路径“RWGS+CO-hydro”上每一步反应过程的能垒和反应能进行计算,结果表明Zr原子是所有吸附过程和反应过程的活性位点,而且CuZr纳米粒子催化活性是颗粒尺度与Zr原子在颗粒表面的掺杂位点的共同作用结果。并且在吸附能的影响上,尺度的作用大于Zr掺杂位点,而在所有反应过程中的能垒,尤其是速率限制步的能垒上,Zr原子的掺杂位点影响大于颗粒尺度。本研究进一步完善了CO_(2)加氢合成甲醇催化性能的构效关系。 展开更多
关键词 CuZr纳米粒子 电催化 co_(2)还原 尺度效应 掺杂
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MOF衍生碳基电催化剂限域催化O_(2)还原和CO_(2)还原反应 被引量:5
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作者 张小玉 薛冬萍 +5 位作者 杜宇 蒋粟 魏一帆 闫文付 夏会聪 张佳楠 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期12-31,共20页
化石燃料的大量消耗和环境的逐渐恶化导致迫切需要开发和探索有效的能源转换和存储技术.电化学是各种能源转换装置的基础和关键.设计和合成具有高催化活性的非贵金属基和非金属基催化剂是最好的选择.金属有机骨架(MOF)衍生的碳基材料具... 化石燃料的大量消耗和环境的逐渐恶化导致迫切需要开发和探索有效的能源转换和存储技术.电化学是各种能源转换装置的基础和关键.设计和合成具有高催化活性的非贵金属基和非金属基催化剂是最好的选择.金属有机骨架(MOF)衍生的碳基材料具有比表面积大、孔隙率高的特点,可以选择性地限制不同类型的金属.因此,MOF衍生碳作为催化剂载体使用时具有良好的限域效应,有利于提高催化剂的活性和稳定性.本文综合评述了MOF衍生材料在催化反应中的限域效应,并介绍了MOF衍生碳基材料在氧还原反应(ORR)和二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)电催化方面的最新进展,揭示了MOF碳基材料在电催化反应中的构效关系.最后,讨论了MOF衍生的碳基材料在ORR和CO_(2)RR电催化中的挑战和机遇,以及未来可能的解决方案. 展开更多
关键词 金属有机框架 碳基材料 限域效应 氧还原反应 二氧化碳还原反应 电催化剂
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纳米Pd和Au催化CO_(2)还原粒径效应的密度泛函理论计算研究 被引量:1
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作者 杨漂萍 李璐璐 +1 位作者 赵志坚 巩金龙 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期817-823,共7页
以可再生能源为能量来源,在水溶液中进行的光(电)催化CO_(2)还原生成高附加值化学品和燃料是解决能源危机与环境污染的有效途径之一.CO是一种简单却很重要的CO_(2)还原产物,它可以作为水煤气变换反应与费托合成的重要原料.具有较高CO选... 以可再生能源为能量来源,在水溶液中进行的光(电)催化CO_(2)还原生成高附加值化学品和燃料是解决能源危机与环境污染的有效途径之一.CO是一种简单却很重要的CO_(2)还原产物,它可以作为水煤气变换反应与费托合成的重要原料.具有较高CO选择性的贵金属纳米颗粒催化剂(如Au和Pd)一直受到研究者的广泛关注.一般来说,金属颗粒催化剂的催化性能与粒径大小密切相关,即所谓的粒径效应.然而在实际的理论计算研究中,由于受到计算能力的限制,催化剂模型都仅局限于简单的周期性模型或小的金属团簇模型,无法准确描述真实颗粒上复杂的反应位点的性质,导致了对催化行为的误解.因此,建立更加真实的颗粒模型对探究纳米颗粒催化剂上活性位点的性质,解释其粒径效应至关重要.本文旨在阐述Au与Pd纳米颗粒催化剂不同活性位点上CO_(2)还原反应与产H2副反应的竞争机制,并解释Au与Pd纳米颗粒催化剂在CO_(2)电还原中表现出不同粒径效应的原因.本文基于密度泛函理论,采用VASP软件,BEEF-vdW泛函进行计算.分别建立了原子数为55,147,309和561的颗粒模型和高CO^(*)覆盖度模型,避免了传统周期性模型的局限性,探究了金属颗粒催化剂不同反应位点上的CO选择性.结果表明,对于颗粒模型来说,(100)位点对CO的选择性优于边缘位点;但对于周期性模型来说,Au(211)对CO的选择性则优于Au(100).产生这种反差的主要原因在于Au颗粒的边缘位点对H*的吸附过强.通过对比,我们直观地展现了颗粒模型上平面位点和Edge位点与相对应的周期性模型上CO选择性的区别,突出了模型选择对揭示活性位点性质的重要性.在此基础上,通过计算理论CO法拉第效率,发现Au颗粒随着粒径的减小,CO选择性降低,与实验的趋势一致.对于Pd催化剂来说,低覆盖度模型无法正确预测活性位点的性质;而高CO覆盖度的情况下,Pd颗粒的边缘位点对COOH^(*)吸附能更强,这是导致边缘位点上CO选择性更高的主要原因.同样通过计算理论CO法拉第效率,发现随着粒径的减小,Pd颗粒上CO选择性升高.本文不仅成功揭示了Au与Pd颗粒催化剂上活性位点的性质,对粒径效应做出了合理解释,也强调了合理的计算模型是理论研究的基础. 展开更多
关键词 密度泛函理论 co_(2)还原 覆盖度效应 催化剂模型 纳米颗粒
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湖北省能源消费CO_(2)与大气污染物协同减排研究 被引量:3
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作者 罗红成 廖琪 容誉 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期266-271,277,共7页
以2015年为基准年,基于拓展的STIRPAT模型预测2025年湖北省能源消费CO_(2)和主要大气污染物排放量。通过设置基准(记为BAU)情景、低碳(记为LC)情景和强化低碳(记为ELC)情景3种控制情景,测算CO_(2)和主要大气污染物的减排量,并运用污染... 以2015年为基准年,基于拓展的STIRPAT模型预测2025年湖北省能源消费CO_(2)和主要大气污染物排放量。通过设置基准(记为BAU)情景、低碳(记为LC)情景和强化低碳(记为ELC)情景3种控制情景,测算CO_(2)和主要大气污染物的减排量,并运用污染物减排量交叉弹性法评价了CO_(2)减排对主要大气污染物的协同效应。结果表明,人口数量和第二产业占比是影响湖北省能源消费的关键因素,人均GDP和城市化率对能源消费有驱动作用,而能耗强度对能源消费有抑制作用。人口数量、人均GDP、第二产业占比、能耗强度、城市化率每发生1.000%的变化,将分别引起湖北省能源消费总量相应发生1.273%、0.215%、1.161%、0.014%和0.096%的变化。至2025年,ELC情景下预计可减少能源消费约1000万t(以标准煤计),削减0.14亿t的CO_(2)排放,同时可分别减少SO_(2)、NO_(x)、PM_(10)排放量2.06万、2.33万、0.93万t。工业和建筑业部门对CO_(2)和主要大气污染物协同减排贡献最大,其次为能源生产与加工转换部门。LC情景和ELC情景政策均对CO_(2)和大气污染物具有协同减排效应。 展开更多
关键词 STIRPAT模型 能源消费 co_(2) 大气污染物 协同效应
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碳排放权交易的CO_(2)减排效应研究——基于包含溢出效应的SCM 被引量:2
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作者 苏瑞娟 赵博娟 杨文青 《生态经济》 北大核心 2022年第3期30-39,共10页
碳排放权交易是否实现最初的CO_(2)减排目标需要实证检验,已有的研究未考虑政策溢出效应以及混淆政策的存在,可能导致政策干预效用的错误估计。论文基于地区能源平衡表以及水泥生产数据对CO_(2)进行测算,并采用包含溢出效应的合成控制... 碳排放权交易是否实现最初的CO_(2)减排目标需要实证检验,已有的研究未考虑政策溢出效应以及混淆政策的存在,可能导致政策干预效用的错误估计。论文基于地区能源平衡表以及水泥生产数据对CO_(2)进行测算,并采用包含溢出效应的合成控制模型对我国6个碳排放交易试点省份的减排效用分别进行了估计,该模型放松了“非实验单元不受干预效应影响”的假定,在溢出效应以及类似政策存在的情况下仍能得到无偏的估计。为了保证估计结果的稳健性,对效用估计值进行了安慰剂、溢出权重设定以及合成权重三方面的检验,探索了各试点碳交易市场的减排效用在量以及趋势上的差异,为全国统一碳交易市场的构建提供定量的依据。 展开更多
关键词 碳排放权交易 溢出效应 合成控制模型 co_(2)减排
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氮掺杂碳催化剂在高效电化学CO_(2)还原中的协同效应
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作者 刘储浩 吴悦 +8 位作者 方锦杰 余坷 李慧 贺文君 张永臻 柳守杰 陈郑 董京 陈晨 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第7期1697-1702,共6页
利用电化学方法将温室气体CO_(2)还原(CO_(2)RR)为高附加值化学品是解决环境和能源问题的一种很有前景的办法.目前,大量具有催化活性的材料已被广泛应用于CO_(2)RR中,主要包括金属、合金、金属氧化物和金属-碳氮复合材料等.然而大部分... 利用电化学方法将温室气体CO_(2)还原(CO_(2)RR)为高附加值化学品是解决环境和能源问题的一种很有前景的办法.目前,大量具有催化活性的材料已被广泛应用于CO_(2)RR中,主要包括金属、合金、金属氧化物和金属-碳氮复合材料等.然而大部分金属也是很好的析氢反应(HER)活性位点,容易在CO_(2)RR催化过程产生大量氢气,同时部分金属位点容易被CO毒化导致活性与选择性下降,而且金属成本较高也会阻碍催化剂的工业化应用.因此,开发低成本、高性能的无金属的氮掺碳材料(mf-NCs)作为高效CO_(2)RR催化剂,以及研究相关的催化机理对于解决温室效应和能源短缺问题都至关重要.但N活性位点不清晰以及本征活性较低等劣势阻碍了mf-NCs成为一种高性能催化剂.精准控制合成具有明确N活性位点的mf-NCs催化剂仍然十分具有挑战性.目前,文献报道了一些mf-NCs(如氮杂石墨烯、氮杂纳米管)在CO_(2)RR中的应用.但是,在合成石墨烯或者碳纳米管的过程中需要使用到金属元素,完全去除它们非常困难.比如在合成碳纳米管时用的金属纳米颗粒往往被包覆在碳管中,即使酸洗也无法将其完全去除,所以很难确定其活性位点到底是金属还是非金属.另外,在研究mf-NCs的CO_(2)RR活性位点时,虽然催化剂中存在多种N元素,但是人们大多将活性归因于单一的N位点.在水相的CO_(2)RR中,除了CO_(2)外,H_(2)O分子也在CO_(2)的活化与还原过程中扮演着重要的角色.这表明单一位点很难同时满足两种不同物质的吸附与活化.因此,针对mf-NCs催化剂中不同N位点需要进行更深入的研究.本文报道了一种聚合-热解-蚀刻工艺,构建了系列含有不同氮成分的mf-NCs-x催化剂(x表示热解温度),并研究其在CO_(2)RR中的活性位点.所制催化剂mf-NC-1000在–0.55 V(相对于可逆氢电极)时具有90%左右的CO法拉第效率(FE_(CO)),并具有良好的稳定性.通过X射线粉末衍、拉曼光谱、透射电子显微镜、扫描隧道电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线光电子能谱等表征手段,系统考察了含有不同种类N位点的mf-NC-800,mf-NC-1000和mf-NC-1200催化剂的结构与电催化性能,结合原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱(in-situ ATR-SEIRAS)结果表明,石墨N和吡啶N可以参与协同吸附CO_(2)和H_(2)O,且更有利于CO_(2)的活化和还原.综上,本文不仅为CO_(2)RR电催化剂的合成提供了一种高效、经济的方法,且通过合理的实验设计突破了对mf-NCs催化剂在CO_(2)RR中关于活性位点的认知. 展开更多
关键词 co_(2)电还原 氮掺杂碳材料 吡啶氮 石墨氮 协同作用
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Homoleptic alkynyl-protected Ag_(32 )nanocluster with atomic precision: Probing the ligand effect toward CO_(2) electroreduction and 4-nitrophenol reduction
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作者 Leyi Chen Fang Sun +6 位作者 Quanli Shen Lubing Qin Yonggang Liu Liang Qiao Qing Tang Likai Wang Zhenghua Tang 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2022年第10期8908-8913,共6页
We report a superatomic homoleptic alkynyl-protected Ag_(32)L_(24)(L=3,5-bis(trifluoromethylbenzene)acetylide,Ag_(32) for short)nanocluster with atomic precision,which possesses eight free electrons.Ag_(32) is formed ... We report a superatomic homoleptic alkynyl-protected Ag_(32)L_(24)(L=3,5-bis(trifluoromethylbenzene)acetylide,Ag_(32) for short)nanocluster with atomic precision,which possesses eight free electrons.Ag_(32) is formed by an Ag17 core with C3 symmetry and the remaining 15 Ag atoms bond to each other and coordinate with the 24 surface ligands.When applied as electrocatalyst for CO_(2) reduction reaction(CO_(2)RR),Ag_(32) exhibited the highest Faradaic efficiency(FE)of CO up to 96.44%at−0.8 V with hydrogen evolution being significantly suppressed in a wide potential range,meanwhile it has a reaction rate constant of 0.242 min−1 at room temperature and an activation energy of 45.21 kJ·mol−1 in catalyzing the reduction of 4-nitrophenol,both markedly superior than the thiolate and phosphine ligand co-protected Ag_(32) nanocluster.Such strong ligand effect was further understood by density functional theory(DFT)calculations,as it revealed that,one single ligand stripping off from the intact cluster can create the undercoordinated Ag atom as the catalytically active site for both clusters,but alkynyl-protected Ag_(32) nanocluster possesses a smaller energy barrier for forming the key*COOH intermediate in CO_(2)RR,and favors the adsorption of 4-nitrophenol.This study not only discovers a new member of homoleptic alkynyl-protected Ag nanocluster,but also highlights the great potentials of employing alkynyl-protected Ag nanoclusters as bifunctional catalysts toward various reactions. 展开更多
关键词 Ag_(32)nanocluster alkynyl ligand ligand effect co_(2)electroreduction 4-nitrophenol reduction
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单原子催化剂的合成及在环境治理中的研究进展
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作者 陈燚钧 程美娜 +3 位作者 金龙 李娟红 杨海亮 刘忻 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期299-303,共5页
在污染日趋严重的今天,环境催化技术愈发重要。催化剂催化性能与其活性位点息息相关,传统纳米催化剂因原子间堆叠导致有效活性位点不足。近年来,具有单位点、100%原子利用率及特殊电子结构的单原子催化剂(SACs)受到广泛关注,有望提高反... 在污染日趋严重的今天,环境催化技术愈发重要。催化剂催化性能与其活性位点息息相关,传统纳米催化剂因原子间堆叠导致有效活性位点不足。近年来,具有单位点、100%原子利用率及特殊电子结构的单原子催化剂(SACs)受到广泛关注,有望提高反应催化效率。总结了SACs的合成策略,梳理了其近年来在CO_(2)还原、CH_(4)部分氧化及有机物降解等环境领域的应用,并对其未来发展进行展望。 展开更多
关键词 单原子金属基催化剂 合成策略 co_(2)还原 有机物降解 CH_(4)部分氧化
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